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水利水电工程水流的精细模拟和反问题研究

发布时间: 2014-01-06 11:22:47     返回首页

    本成果属2005年湖北省科技进步一等奖。

    其研究成果为:
    (1) 对紊流模型理论进行了详细的分析、比较和评述,提出或改进水利水电工程紊流数值模拟中适合多类流动问题的紊流模型及模拟方法。包括三元复杂边界的数学模型、水气两相流的数学模型、计及浮力效应的紊流模型、大涡模拟方法、自由面模拟方法等;
    (2) 模拟获得了水垫塘复杂紊流场水力特性和消能机理及孔板泄洪洞、洞塞泄洪洞、竖井旋流式泄洪洞和龙抬头式泄洪洞的流场细观特征,形成了较为完整的泄洪洞消能体系的理论; 
    (3) 建立了一套复式游荡型河道漫滩水流计算方法及洪水演进数值计算模型;
    (4) 获得了静止环境中单孔负浮力排放及流动环境中单孔、多孔正负浮力排放近区流场水力特性及稀释机理,从数值模拟角度得出横流中浮力排放过程中射流的分叉现象和马蹄涡结构;
    (5) 完成了三峡原型水轮机的全流道三维定常和非定常紊流计算;对三峡原型混流式水轮机进行了三维定常空化紊流计算,分析了空化发生的规律;
    (6) 完成了减小三峡水轮机压力脉动的研究,包括转轮泄水锥的形状和长度、尾水管形状的研究。以三维紊流计算为基础,研究了新一代高性能X叶片转轮的现代优化设计方法,并设计了三峡右岸混流式水轮机,比较了传统叶片和X型叶片的混流式水轮机性能;
    (7) 拓宽了反问题的概念,提出了“脉冲谱法、离散优化法、摄动法,控制论方法”等。在此基础上给出各类方法详细的求解步骤及应用实例。
    成果已应用于多个大中型水电站水垫塘或泄洪洞设计、指导三峡工程两次截流和施工通航、三峡水轮机方案决策、工程含油废水扩散器的设计,金马河河道整治及渭河下游河道及洪泛区洪水演进的数值仿真。也应用于其他水利工程、航天液氧泵和冶金设备的流动模拟中,部分成果已编入计算手册和相关教材,因此本成果进一步丰富和发展了水利水电工程理论基础及相关技术,充实了相关学科的内涵及外延。